【導(dǎo)讀】集成電壓調(diào)節(jié)器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個(gè)新類別，它聲稱已經(jīng)緩解了功率密度和能源效率之間長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的平衡問(wèn)題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創(chuàng)立，該公司創(chuàng)建了 5 × 5 毫米的封裝，可以消除或集成分立元件。
集成電壓調(diào)節(jié)器 (IVR) 是電源管理芯片中的一個(gè)新類別，它聲稱已經(jīng)緩解了功率密度和能源效率之間長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的平衡問(wèn)題。Empower Semiconductor由三位模擬資深人士于 2014 年共同創(chuàng)立，該公司創(chuàng)建了 5 × 5 毫米的封裝，可以消除或集成分立元件。
在典型的電源管理 IC (PMIC) 解決方案中，許多分立組件使其速度緩慢、昂貴且龐大。該公司的 EP70xx 系列 PMIC（稱為集成電壓調(diào)節(jié)器）具有三路輸出 DC/DC 電源，無(wú)需外部組件（圖 1）。
圖 1：兩種功率器件的比較顯示提供 11A 輸出的 PMIC 和提供 10A 輸出的 Empower 集成穩(wěn)壓器。 （圖片Empower Semiconductor）
新型電源芯片基于 Empower 的數(shù)字可配置硬件平臺(tái)，通過(guò)在單個(gè) IC 中提供多個(gè)電源，簡(jiǎn)化了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的采用。“現(xiàn)在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員不必?fù)?dān)心濾波設(shè)計(jì)以及他們將使用哪種電感器，”銷售和營(yíng)銷副總裁 Steve Shultis 表示。
Empower 如何消除所有分立組件，并使芯片以可放置在系統(tǒng)中任何位置的微小外形進(jìn)行配置和編程？Shultis 表示，雖然有些電容器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)尺寸小型化，特別是基于 CMOS 的電容器，但真正的創(chuàng)新是消除磁性。“電感器 IP 是秘密武器，”他說(shuō)。
Empower 執(zhí)行官、總裁兼創(chuàng)始人 Tim Phillips 表示，當(dāng)您希望產(chǎn)品變得更小時(shí)，電感器始終是一個(gè)問(wèn)題。“因此，通過(guò)消除磁性元件和多層陶瓷電容器 (MLCC)，整個(gè)封裝變得比典型電源系統(tǒng)中使用的電感器小三到五倍。”
菲利普斯補(bǔ)充說(shuō)，過(guò)去五年來(lái)，業(yè)界一直在解決功率密度問(wèn)題，主要是通過(guò)芯片堆疊，這導(dǎo)致了成本和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性之間的權(quán)衡。然而，菲利普斯表示，該行業(yè)現(xiàn)在在開(kāi)關(guān)頻率方面遇到了障礙，因?yàn)樗_(kāi)始影響效率。“在不損失效率的情況下，它不可能變得更密集。”
數(shù)據(jù)中心是一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)
當(dāng)談到開(kāi)關(guān)速度和電源效率之間的權(quán)衡時(shí)，數(shù)據(jù)中心就是一個(gè)很好的例子，Shultis 稱這是該公司新型電源芯片的一個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。為什么？雖然每個(gè)人都專注于提高數(shù)據(jù)速率，但工程師卻不知道如何降低功耗。“目前，數(shù)據(jù)中心正試圖通過(guò)熱管理和液體冷卻等技術(shù)來(lái)管理電力，”Shultis 補(bǔ)充道。
數(shù)據(jù)中心的散熱能力已經(jīng)達(dá)到極限。換句話說(shuō)，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)接口卡 (NIC)、服務(wù)器還是光纖收發(fā)器，數(shù)據(jù)中心的功耗都已達(dá)到極限。例如，服務(wù)器消耗了數(shù)據(jù)中心 40% 的電力。
因此，雖然光纖收發(fā)器等密度極高的微型設(shè)備無(wú)法繞過(guò)電源管理，但更糟糕的是電源變得太大。結(jié)果，由于它們的尺寸，它們距離負(fù)載點(diǎn)太遠(yuǎn)。
然而，如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在高耗電的處理器旁邊進(jìn)行電源管理，則將顯著提高能源效率。“EP70xx 芯片非常小，可以集成在負(fù)載旁邊，為設(shè)計(jì)人員提供密度，同時(shí)消除配電損耗，”P(pán)hillips 說(shuō)。
然后，芯片能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整處理器上的電壓；它可以在 20 ns 內(nèi)瞬間將電壓從 0.5 縮放至 1 V。如今，通常可以在 30 μs 內(nèi)完成（圖 2）。這相當(dāng)于處理器端的節(jié)能，同時(shí)芯片消除了有損事件的轉(zhuǎn)換時(shí)間。
圖 2：新芯片中的超快動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能使處理器能夠在納秒內(nèi)改變電源狀態(tài)。（圖片Empower Semiconductor）
與 SoC 共同封裝
在以數(shù)據(jù)中心作為主要見(jiàn)證的同時(shí)，Empower 高管強(qiáng)調(diào)，EP70xx 芯片更小的占地面積、功率密度和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能也適用于 AI、5G 和手機(jī)設(shè)計(jì)。DC/DC 轉(zhuǎn)換現(xiàn)已遍布各個(gè)市場(chǎng)，EP70xx 芯片為設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化了它。
設(shè)計(jì)人員只需將芯片放置在沒(méi)有分立元件的 PCB 上，使用圖形用戶界面 (GUI) 選擇設(shè)置，并通過(guò) I 2 C/I3C 端口加載即可。他們不必?fù)?dān)心輸入和輸出濾波器設(shè)計(jì)、反饋電阻器和環(huán)路補(bǔ)償。
Shultis 表示，人們對(duì)將芯片集成到片上系統(tǒng) (SoC) 很感興趣，因?yàn)樗苄〔⑶铱梢园惭b在處理器基板的底部。“它非常薄，甚至可以集成在封裝的底部，”他說(shuō)。
EP70xx 系列集成穩(wěn)壓器包含九種具有多種當(dāng)前配置的器件。樣品和演示板現(xiàn)已提供，計(jì)劃于年底全面量產(chǎn)。
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